彩超機(jī)失效分析與研究

趙 楠

（河南理工大學(xué)，河南焦作 454000）

0 引言

在當(dāng)前的醫(yī)療工作中，彩超機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，它可以對(duì)患者進(jìn)行無(wú)痛無(wú)損傷的檢查，幫助醫(yī)生對(duì)病人進(jìn)行診斷。如果彩超設(shè)備在工作中發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)醫(yī)療工作造成很大影響。本文提出了一種基于可拓物元模型和層次分析法的FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式與影響分析）模型，以克服傳統(tǒng)FMEA的局限性，提高尋找影響最大的失效模式的準(zhǔn)確性，保障彩超設(shè)備的正常使用。

1 研究方法

基于可拓物元模型和層次分析法相結(jié)合的FMEA方法，用于失效模式的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在FMEA 方法中，采用可拓物元模型對(duì)失效模式進(jìn)行優(yōu)先排序，利用加權(quán)平均算子對(duì)單個(gè)清晰的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值進(jìn)行匯總，得到了多維組合評(píng)價(jià)值，并此基礎(chǔ)上建立了3 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子對(duì)失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的復(fù)合物元模型，其中風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重可以由層次分析法得到。

1.1 評(píng)估失效模式和風(fēng)險(xiǎn)因子

FMEA 方法通過(guò)嚴(yán)重度（S）、頻度（O）、探測(cè)度（D）3 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子的值來(lái)對(duì)失效模式評(píng)估，其中S 為失效影響的嚴(yán)重程度，O 為失效模式發(fā)生的概率，D 為失效未檢測(cè)到的概率。3 種風(fēng)險(xiǎn)因子均采用1～10 的數(shù)字量表進(jìn)行評(píng)估[1]。評(píng)估工作中應(yīng)精心選擇專家，以確保對(duì)失效模式的評(píng)分真實(shí)合理。

1.2 可拓物元模型

物元系統(tǒng)通常具有多個(gè)基本要素和多個(gè)特征指標(biāo)。一個(gè)系統(tǒng)被認(rèn)為是多個(gè)物質(zhì)元素M=（M1，M2，…，Mm）和物質(zhì)元素Mi=（i=1，2，…，m）有多個(gè)特征指標(biāo)C=（C1，C2，…，Cn），第i 個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)應(yīng)于第j 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量值為vij，可得到復(fù)合物元模型Rmn=（M，C，V）：

對(duì)于一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問(wèn)題，假設(shè)存在m 個(gè)故障FMi（i=1，2，…，m），使用3 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子Rj（j=O，S，D），要求l 位專家針對(duì)這3 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子對(duì)這些故障進(jìn)行評(píng)估，可以得到k 次專家風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的復(fù)合物元模型：

利用加權(quán)平均算子將各個(gè)專家的評(píng)分進(jìn)行匯總，得到多維組合評(píng)價(jià)物元模型：

其中，wk為第k 個(gè)專家的權(quán)重。

規(guī)范化處理Rm3：

1.3 風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重

兩兩比較矩陣：

其中，Aij表示元素相對(duì)于第i 個(gè)元素的兩兩比較值，i，j=1，…，n。當(dāng)i≠j 時(shí)，；當(dāng)i=j 時(shí)，Aij=1。確定Aij使用是1～9 比率標(biāo)度法。

通過(guò)提取兩兩比較矩陣的主特征向量，計(jì)算層次優(yōu)先權(quán)向量：

其中，λmax是C 矩陣的最大特征值，w 是λmax的特征向量。

對(duì)兩兩比較矩陣C 進(jìn)行一致性檢查，計(jì)算一致性指數(shù)C.I.：

同時(shí)，用一致性比率來(lái)度量一致性程度：

其中，R.I.為隨機(jī)一致性指標(biāo)，如表1 所示。

表1 隨機(jī)一致性指數(shù)

若C.R.＜0.1，則比較矩陣C 兩兩的不一致程度可以接受，并且歸一化特征向量w 可以作為元素的權(quán)向量。否則，需要重新評(píng)估兩兩比較矩陣。

最終確定嚴(yán)重度（S）、探測(cè)度（D）、頻度（O）的權(quán)重，3 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重關(guān)系為：wS+wO+wD=1。

1.4 失效模式的關(guān)聯(lián)度與排序

在3 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子的作用下，評(píng)估每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)模式的值與標(biāo)準(zhǔn)值的接近程度。各失效模式與正負(fù)標(biāo)準(zhǔn)物元模型的關(guān)聯(lián)函數(shù)分別為[2]：

wij為第i種失效模式的第j 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重（j=S，O，D）。

在確定各失效模式的關(guān)聯(lián)度后，可以通過(guò)計(jì)算各失效模式的關(guān)聯(lián)函數(shù)值對(duì)各失效模式進(jìn)行排序。

其中，0≤CCi≤1。CCi值越大，第i種失效模式的風(fēng)險(xiǎn)越高。

2 應(yīng)用分析

彩超F(xiàn)MEA 涉及了6 種不同的系統(tǒng)失效，即操作控制面板失效、探頭失效、顯示失效、干擾失效、開(kāi)機(jī)失效、死機(jī)失效。這6 個(gè)系統(tǒng)失效中的每一個(gè)又都考慮了不同的失效模式，可能會(huì)導(dǎo)致一些不希望的后果。研究每種失效模式對(duì)系統(tǒng)的影響，為減輕或降低風(fēng)險(xiǎn)而采取的措施，對(duì)于每一種失效模式，系統(tǒng)都要調(diào)查是否有安全隱患。26 種失效模式如表2 所示[3]。

表2 彩超的FMEA（局部）

采用層次分析法（AHP）求出了3 個(gè)危險(xiǎn)因素S、O、D 的權(quán)重分別為0.379、0.345、0.276。通過(guò)可拓物元模型可以得到失效模式的緊密系數(shù)（表3）。

表3 失效模式的緊密系數(shù)

由表3 可以看出所有26 種失效模式的緊密系數(shù)和排序順序。排序最靠前的3 種依次是FM23、FM12和FM14，說(shuō)明這些失效模式都是比較嚴(yán)重的故障，因此應(yīng)引起彩超維護(hù)者的高度重視。由于FM2和FM10對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因子的精確值和權(quán)重相同，因此兩種失效模式的排序相同。

針對(duì)上述3 種比較嚴(yán)重的失效提出管控方案，可以根據(jù)情況優(yōu)選處理：

（1）開(kāi)機(jī)失效。①使用科室確保每次設(shè)備是關(guān)機(jī)后再斷電；②維修科室定期檢查硬盤(pán)壞道，防止造成其他部件的失效，對(duì)于高齡設(shè)備應(yīng)增加維護(hù)保養(yǎng)的次數(shù)。

（2）探頭失效。探頭是直接接觸患者皮膚，探頭失效可能會(huì)對(duì)患者的身體造成傷害。①使用科室要根據(jù)使用手冊(cè)做好每日結(jié)束后的清潔和維護(hù)工作，同時(shí)保證規(guī)范使用探頭；②對(duì)于使用時(shí)間較長(zhǎng)的探頭要獨(dú)立記錄，單獨(dú)確定維修方案，并保證有備用探頭的預(yù)算。

（3）顯示失效。在使用時(shí)，注意防止設(shè)備磕碰。在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，規(guī)范插拔連接顯卡的相關(guān)線纜，防止接觸不良。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于可拓物元模型和層次分析法的FMEA 方法，利用層次分析法確定各風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重，建立考慮風(fēng)險(xiǎn)因子的可拓物元模型，從而確定失效危害度水平排序。將此方法應(yīng)用于彩超設(shè)備，有效地減少了設(shè)備失效的情況，節(jié)約維修費(fèi)用，提高設(shè)備開(kāi)機(jī)率和使用壽命。